定時與中斷系統(tǒng)

本章內(nèi)容中斷系統(tǒng)定時/計數(shù)器C語言的函數(shù)第4章定時與中斷系統(tǒng)§4.3中斷系統(tǒng)

CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）；待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷。4.3.1什么是中斷MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點中斷請求中斷響應(yīng)執(zhí)行中斷處理程序中斷返回引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請求。CPU暫時中斷原來的事務(wù)A，轉(zhuǎn)去處理事件B。對事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點），稱為中斷返回。實現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機(jī)構(gòu)）。

隨著計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術(shù)不僅解決了快速主機(jī)與慢速I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點：分時操作。CPU可以分時為多個I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計算機(jī)的利用率；實時響應(yīng)。CPU能夠及時處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機(jī)事件，系統(tǒng)的實時性大大增強(qiáng)；可靠性高。CPU具有處理設(shè)備故障及掉電等突發(fā)性事件能力，從而使系統(tǒng)可靠性提高。2、INT1（P3.3）可由IT1（TCON.2）選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當(dāng)CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標(biāo)志IE1（TCON.3）置1，向CPU申請中斷。3、T0（P3.4），片內(nèi)定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時/計數(shù)器T0發(fā)生溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷。返回4、T1（P3.5），片內(nèi)定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷。5、RX（P3.0）或TX（P3.1），串行口中斷請求標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時置位TI，向CPU申請中斷。二、中斷請求標(biāo)志1、TCON的中斷標(biāo)志IT0（TCON.0）：外部中斷0觸發(fā)方式控制位。當(dāng)IT0=0時，為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=1時，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1）：外部中斷0中斷請求標(biāo)志位。IT1（TCON.2）：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1（TCON.3）：外部中斷1中斷請求標(biāo)志位。TF0（TCON.5）：定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志位。TF1（TCON.7）：定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志位。2、SCON的中斷標(biāo)志RI（SCON.0）：串行口接收中斷標(biāo)志位。當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。注意，RI必須由軟件清除。TI（SCON.1）：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。當(dāng)CPU將一個發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。當(dāng)中斷源需要向CPU請求中斷時，相應(yīng)中斷標(biāo)志位由硬件自動置1。

三、中斷的開放和禁止CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。EX0（IE.0），外部中斷0允許位；ET0（IE.1），定時/計數(shù)器T0中斷允許位；EX1（IE.2），外部中斷0允許位；ET1（IE.3），定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4），串行口中斷允許位；EA（IE.7），CPU中斷允許（總允許）位。80C51單片機(jī)有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的

。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0（IP.1），定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設(shè)定位；PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT1（IP.3），定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設(shè)定位；PS（IP.4），串行口優(yōu)先級設(shè)定位；PT2（IP.5），定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設(shè)定位。

同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權(quán)排隊，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級形成，其排列如所示：80C51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級有三條原則：CPU同時接收到幾個中斷時，首先響應(yīng)優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進(jìn)行的中斷過程不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷。正在進(jìn)行的低優(yōu)先級中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷。為了實現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個用戶不能尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個置1，表示正在響應(yīng)高優(yōu)先級的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請求；另一個置1，表示正在響應(yīng)低優(yōu)先級中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級中斷請求。4.3.4中斷處理過程

中斷響應(yīng)條件：中斷源發(fā)出中斷請求；此中斷源的中斷允許位為1；CPU開中斷（即EA=1）。以上三條同時滿足時，CPU才有可能響應(yīng)中斷。中斷函數(shù)的完整語法：返回值函數(shù)名（【參數(shù)】）interruptnusingn{中斷處理程序}中斷編程：利用INT1作為外部中斷輸入線，每按一次開關(guān)K使P1口處的8個LED輪流點亮一次。#include<at89x51.h>#include<intrins.h>voidmain(){ EA=1; EX1=1; IT1=1; P1=0xfe;while(1);}voidint1()interrupt2using1{ P1=_crol_(P1,1);}任務(wù)9：可控霓虹燈控制正常情況下8個霓虹燈依次順序點亮，循環(huán)顯示，時間間隔為1S。當(dāng)按下控制按鈕后，8個霓虹燈同時亮滅一次，時間間隔為0.5S。主程序：

8個霓虹燈依次循環(huán)點亮，時間間隔為1S中斷處理程序：

8個霓虹燈同時亮滅一次，時間間隔為0.5S延時子函數(shù)1、主程序：T0初始化，開中斷。8個霓虹燈依次循環(huán)點亮，時間間隔為1S。2、外部中斷INT0中斷處理程序：

8個霓虹燈同時亮滅一次，時間間隔為0.5S3、定時/計數(shù)器T0中斷處理程序：50ms定時時間到，num++；#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharucharnum;voidmain(){ ucharnum1,w; TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1;ET0=1;EX0=1;IT0=1;PT0=1; TR0=1; while(1) { w=0x01; for(num1=0;num1<8;num1++) { P1=~w; w<<=1; while(num!=20); num=0; } } }voidint0()interrupt0using1{ uchartempt1,tempt2; tempt1=num; tempt2=P1; num=0; P1=0x00; while(num!=10); P1=0xff; while(num!=20); num=tempt1; P1=tempt2;}voidtimer0()interrupt1using0{ num++; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;}§4.1定時器/計數(shù)器實現(xiàn)定時功能，比較方便的辦法是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時/計數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。采用時基電路定時：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強(qiáng)，使用靈活。在單片機(jī)的定時/計數(shù)器不夠用時，可以考慮進(jìn)行擴(kuò)展。4.1.1定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。二、定時/計數(shù)器的工作原理加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當(dāng)加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。

可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。

設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)（1個機(jī)器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時時間t

。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機(jī)器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2ms。

定時/計數(shù)器的控制

80C51單片機(jī)定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。一、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動條件，加上了或引腳為高電平這一條件。

:定時/計數(shù)模式選擇位。＝0為定時模式；=1為計數(shù)模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。

二、控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標(biāo)志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。

4.1.2定時/計數(shù)器的工作方式

一、方式0

方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進(jìn)位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請求。定時器模式時有:N＝t/Tcy計數(shù)初值計算的公式為：定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補(bǔ)法獲得。計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。門控位GATE具有特殊的作用。當(dāng)GATE=0時，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關(guān)接通，計數(shù)開始；當(dāng)GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外部中斷引腳信號和TR0共同控制。當(dāng)TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外部中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

二、方式1方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

三、方式2方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。

工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

四、方式3方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當(dāng)于TR1=0，停止計數(shù)。

工作方式3將T0分成為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0。定時/計數(shù)器的初始化

一、初始化步驟程序應(yīng)完成如下工作：對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式。計算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。中斷方式時，則對IE賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器定時或計數(shù)。二、定時器的初值X定時方式：計數(shù)初值X=2^n–定時時間/機(jī)器周期。其中n=13、16、8、8分別對應(yīng)方式0、1、2、3。1、求T1的方式控制字TMOD：01000000TMOD=0X01;××××例1：T0工作于定時方式1，定時時間T=10ms，系統(tǒng)主頻f=12MHZ，允許中斷，對T0進(jìn)行初始化編程。2、計算計數(shù)初值Count：由于晶振為12MHz，振蕩周期=1/12MHZ，所以機(jī)器周期Tcy為1ms。所以：N＝t/Tcy＝10000/1＝10000Count＝65536－10000＝55536＝D8F0H

即應(yīng)將0xD8送入TH0中，0xF0送入TL0中機(jī)器周期=（1/fosc）×12Count=2^n–定時時間/機(jī)器周期。＝（1/12MHZ）×123、開中斷EA=1;ET0=1;4、啟動定時/計數(shù)器TR0=1;初始化程序:TMOD=0X01;TH0=0XD8;TL0=0XF0;EA=1;ET1=1;TR1=1;定時器的應(yīng)用舉例例2：設(shè)單片機(jī)晶振頻率f=6MHZ，使用定時器T1以方式1產(chǎn)生周期為500uS的等寬正方形脈沖，并由P1.0腳輸出。①確定TMOD寄存器的內(nèi)容定時器/計數(shù)器1的工作方式為方式1，從而M1M0=01；實現(xiàn)定時功能，從而C/T=0;設(shè)通過給TR1置位來啟動定時器工作,從而GATE=0；另外，定時器/計數(shù)器0不用，從而低四位全為0；所以（TMOD）=10H。②計算計數(shù)初值要產(chǎn)生500us的等寬正方波脈沖，只需在P1.0端以250us為周期交替輸出高低電平即可實現(xiàn)，從而定時時間為250us，f=6MHz。則機(jī)器周期=2us，利用公式：定時時間t=計數(shù)個數(shù)N×機(jī)器周期T，可得N=t/T=250us/2us=125;計數(shù)初值X=2^16-125=65536-125;這樣: TH1=(65536-125)/256; TL1=(65536-125)%256。一、采用中斷方式#include<reg51.h>voidmain(){TMOD=0x10;TH1=(65536-125)/256;TL1=(65536-125)%256;ET1=1;EA=1;TR1=1;while(1);}voidtimer1_int()interrupt3{ P1_0=~P1_0;TH1=(65536-125)/256;TL1=(65536-125)%256;}系統(tǒng)電路圖二、采用查詢方式voidmain(){TMOD=0x10;TH1=(65536-125)/256;TL1=(65536-125)%256;TR1=1;While(1){While(TF1){ P10=~P10; TR1=0;TH1=(65536-125)/256;TL1=(65536-125)%256;TF1=0;TR1=1;}}}例3：設(shè)單片機(jī)晶振頻率f=12MHZ，在P1.0端接一個發(fā)光二極管，利用定時T0工作在方式0，使LED亮1s、滅1s，閃爍。（中斷/查詢）用T0、工作方式0實現(xiàn)1秒延時，晶振頻率為12MHz。因工作方式0是13位計數(shù)器，其最大定時時間為：2^13×1

s=8192

s=8.192ms，為實現(xiàn)1秒延時，可選擇定時時間為5ms，再循環(huán)200次。定時時間選定后，可確定計數(shù)值為5ms/1

s=5000，則T0的初值為：X=2^13

計數(shù)值=8192

5000。采用T0方式0工作，因此，TMOD=0x00。/*中斷方式*/#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;unsignedcharnum＝0；//全局變量voidmain(){TMOD=0x00;TH0=（8192-5000）%32;TL0=（8192-5000）/32;ET0=1;EA=1;TR0=1;While(1){if(num==200){num=0;P1_0=~P1_0;}}}voidtimer0_int()interrupt1{ num＋＋; TH0=（8192-5000）%32;TL0=（8192-5000）/32;}/*查詢方式*/#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0;unsignedcharnum＝0；voidmain(){TMOD=0x00;TH0=（8192-5000）%32;TL0=（8192-5000）/32;TR0=1;While(1){ while(TF0) { num++; if(num==200){num=0;P1_0=~P1_0;}

TR0=0; TH0=（8192-5000）%32; TL0=（8192-5000）/32; TF0=0; TR0=1; } }}1、利用定時/計數(shù)器T0從P1.0輸出周期為1s的方波，讓發(fā)光二極管以1HZ閃爍，設(shè)晶振頻率為12MHz。試設(shè)計程序。2、采用晶振12MHz，在P1.0引腳上輸出周期為2.5S，占空比為20%的脈沖信號。3、利用定時/計數(shù)器T1產(chǎn)生定時時鐘,由P1口控制8個發(fā)光二極管。編一個程序,使8個指示燈依次一個一個閃動，閃動頻率為10次/秒（8個燈依次亮一遍為一個周期）。

習(xí)題1、MCS-51系列單片機(jī)的五個中斷源是哪些？請按自然優(yōu)先級的順序?qū)懗觥?、允許外部中斷源INT1開中斷，IE=__________。3、采用定時/計數(shù)器T1計數(shù)，工作方式0，軟硬結(jié)合啟動，TMOD=__________。4、利用定時/計數(shù)器T1的方式1，產(chǎn)生10ms的定時，并使P1.0引腳上輸出周期為20ms的方波，采用中斷方式，設(shè)系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz。定時/計數(shù)器

設(shè)置定時/計數(shù)器工作方式通過對方式寄存器TMOD的設(shè)置，確定相應(yīng)的定時/計數(shù)器是定時功能還是計數(shù)功能，工作方式以及啟動方法。定時/計數(shù)器工作方式有四種：方式0、方式1、方式2和方式3。定時/計數(shù)器啟動方式有兩種：軟件啟動和硬軟件共同啟動。除了從控制寄存器TCON發(fā)出的軟件啟動信號外，還有外部啟動信號引腳，這兩個引腳也是單片機(jī)的外部中斷輸入引腳。定時/計數(shù)器

設(shè)置計數(shù)初值T0、T1是16位加法計數(shù)器，分別由兩個8位專用寄存器組成，T0由TH0和TL0組成，T1由TH1和TL1組成。TL0、TL1、TH0、TH1的訪問地址依次為8AH

8DH，每個寄存器均可被單獨訪問，因此可以被設(shè)置為8位、13位或16位計數(shù)器使用。在計數(shù)器允許的計數(shù)范圍內(nèi)，計數(shù)器可以從任何值開始計數(shù)，對于加1計數(shù)器，當(dāng)計到最大值時（對于8位計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)值從255再加1時，計數(shù)值變?yōu)?），產(chǎn)生溢出。定時/計數(shù)器允許